食品发酵工程概论教案

1、食 品 发 酵 工 程 概 论 教 案适用专业：食品科学与工程专业开课时间：春季开课年级：二年 总学时数：50学时主讲教师：郑雁第一章 绪论（2学时）本章的教学目标和基本要求 通过本章的学习了解发酵及发酵工业的发展简史；掌握发酵与发酵工程的概念；重点掌握发酵工程的两个核心内容。本章的教学内容和学时分配第一节发酵与发酵工程（1学时）第二节发酵工程的发展简史（1学时）本章教学内容的重点和难点 重点内容主要是发酵工程技术路线中的两个核心内容，这两个内容是发酵工程得以形成工业化和造福人类的关键；同时对于刚刚接触普通微生物学的学生而言，让其理解在发酵工程中微生物的主体作用有一定的难度。本章教学内容的深化

2、和拓宽 在自然界中，微生物可以说是无处不在，但通常的情况下是混合存在的，对于以微生物为主体的发酵工业而言，如何获得纯种的发酵微生物？本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题本章主要通过多媒体教学，给同学展示发酵工程的上中下游的技术路线，从而使同学能够较为直观的了解和掌握发酵与发酵工业的核心内容，为后续的课程奠定基础。· 设疑引出新课题 在生物化学课程中同学们学习了物质的代谢等内容（通过多媒体展示糖代谢的途径），我们知道了所谓的代谢是指生物细胞内所发生的全部的化学反应。这些化学反应的存在为生物的生长发育提供原料、能量。对于微生物而言也是一样，微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢

3、产物，如氨基酸、维生素、抗生素等。而这些代谢产物又常常我们人类所需要的。那我们能不能通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物呢？这就是我们今天所要讨论的“发酵工程”。应注意的关键问题是，对于还不知微生物为何物的同学而言，要先通过多媒体给同学演示与人类的生活密切相关的微生物（腐败的食物表面生长的微生物、人类体表、肠道内定居的微生物、海底的微生物等）使同学对以微生物为主体的发酵工业有一个感性的认识。本章主要参考书目本章复习题发酵与发酵工程的概念？发酵工程的技术路线？核心内容是什么？第一节 发酵与发酵工程（1学时）本次课教学内容发酵、发酵工程、发酵工程的主要技术路线本次课的教学方式本次课主要以课堂讲授

4、为主。本次课的讲课提纲：一、发酵与发酵工程1.发酵的含义2.发酵工程的含义二、发酵工程的发展方向三、发酵工程的主要技术路线本次课师生活动设计 教师活动：出示谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径和工厂里是怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸的投影片，指导学生观察并作适当讲解。学生活动：通过讨论并结合实例和所学的相关知识理解发酵与发酵工程的概念。本次课的作业 以班级为单位为设计并做一个简单的发酵试验，从而增加对发酵的感性认识。第二节发酵工程的发展简史（1学时）本次课教学内容发酵工程的发展简史本次课的教学方式本次课主要以课堂讲授为主。本次课的讲课提纲一、天然发酵时期二、纯培养时期三、工程化时期本次课师生活动

5、设计 教师活动：在原始时期还没有现代化的仪器设备，人类如何利用看不见摸不着的微生物生产食物的呢？请同学们说说他们所知的天然发酵产品。学生活动：通过讨论了解发酵工程的发展过程。本次课的作业请同学们思考一下，在现代的发酵工业中，如何能够获得发酵所用的纯菌种。第二章工业微生物菌种选育及保藏本章的教学目标和基本要求 通过本章的学习了解发酵工业中的微生物类群；重点掌握在发酵工业中如何获得工业用的纯种，如何能够将菌种具有的优良性状长期保持；在注重知识产权的今天，为了在竞争日益剧烈的市场占有一席之地，如何开发和筛选新的优良菌株。本章的教学内容和学时分配第一节 发酵工业包含的微生物类群（1学时）第二节 工业微

6、生物的分离和筛选（2学时）第三节 工业微生物的育种（2学时）第四节 工业微生物的菌种保藏（1学时）本章教学内容的重点和难点重点内容主要是：菌种的分离和筛选、选育、复壮与保藏。本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题 本章主要通过多媒体教学，给同学展示在发酵工业中针对所需产物的不同，如何筛选菌种、保藏菌种。 在教学过程中应注意的问题主要是：在同学们理解菌株与菌种的区别之后再进行相关问题的讲解；同时尽量用通俗易懂的语言使刚刚接触微生物的同学们能够理解和掌握微生物的分离与筛选。本章主要参考书目余龙江. 2006.发酵工成原理与技术应用M. 北京：化学工业出版社.施巧琴. 吴松刚. 2003. 工

7、业微生物育种（第二版）.北京：科学出版社.诸葛建. 2006.工业微生物育种学M. 北京：化学工业出版社. 陶文沂. 1997.工业微生物生理与遗传育种学M.北京：中国轻工业出版社 本章复习题1.在发酵工业中的主要微生物类群有哪些？2.工业微生物分离筛选的主要步骤?3.在发酵工业中获得发酵菌种的途径是什么？4.工业微生物菌种选育的方法有哪些？5.何谓菌种退化？ 造成菌种退化的原因是什么？6.菌种保藏的原理是什么？主要方法有哪些？优缺点？7.请写出纤维素产生菌的筛选过程？8.采集样本的时候应注意哪些问题？9.在菌种选育时为什么要选择单核或单细胞的菌体作为处理对象？10.在紫外诱变中应采用多少瓦数

8、的紫外灯？为什么？诱变处理后应注意什么问题？11.发酵工业对于工业用微生物菌种有哪些要求？第一节 发酵工业包含的微生物类群（1学时）本次课教学内容介绍发酵工业的主要微生物类群：细菌、霉菌、酵母、放线菌等。本次课的教学方式本次课主要以课堂讲授为主，通过多媒体给同学们展示发酵工业常用的微生物类群以及他们生长、繁殖等内容。本次课的讲课提纲一、原核微生物（一）细菌（二）放线菌（三）蓝细菌二、真核微生物（一）霉菌（二）酵母本次课的师生活动设计教师活动：出示细菌、霉菌、酵母、放线菌生长繁殖的Flash，并作相应的讲解。 学生活动：通过讨论请同学们说说对生长、繁殖、分化的理解。第二节 工业微生物的分离和筛选

9、（2学时）本次课教学内容工业微生物分离和筛选的基本步骤，以及应该注意的问题。本次课的教学方式通过多媒体教学，同时结合科研中的研究课题给同学们讲解相关内容。本次课的讲课提纲一、工业微生物应具备的特性二、菌种分离的基本过程（一）样品采集（二）富集培养（三）分离纯化（四）初筛与复筛第三节 工业微生物的育种本次课的教学内容工业微生物的选育方法，及相关点的原理。本次课的教学方式本次课主要以课堂讲授为主，同时通过与食品生物技术的主讲教师沟通，开设相关的试验内容，从而使学生对于菌种选育的方法有感性认识。本次课的讲课提纲一、自然选育二、诱变育种（一）诱变育种中的常见的名词（二）诱变育种的遗传学基础（三）常见的

10、诱变剂（四）诱变育种的基本步骤（五）诱变育种中应注意的主要问题三、基因重组育种四、代谢控制育种五、基因工程育种本次课程的师生活动设计教师活动：发酵工程是利用微生物为人类生产有用产品，因此要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优良的菌种。以出示的微生物生长曲线的投影片为依托提出问题：人们怎样才能得到优良的菌种呢？教师活动：启发学生以基因突变、基因工程、细胞工程的有关内容为依托就所提出的问题进行讨论。通过讨论得出结论：1.如果生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，则可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中

11、筛选出符合生产要求的优良菌种。 2.如果生产的是一般微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的。 例如：可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结合，形成重组DNA，再把重组DNA导入大肠杆菌细胞内形成工程菌。通过筛选则可培养出能生产人的胰岛素的菌种。第四节 工业微生物的菌种保藏本次课的教学内容菌种退化及菌种保藏的方法。本次课的教学方式本次课主要以启发式教学为主，通过启发，让学生自己的出相关的结论本次课的授课提纲一、菌种退化1.菌种退化的概念2.菌种退化的原因3.菌种退化的防止二、菌种保藏1.菌种保藏

12、的原理2.菌种保藏的方法本次课的师生活动设计 教师活动：以运动员的运动状态为例，提出问题：如何让工业微生物菌种能尽量长时间的保有优良的形状？学生活动：通过讨论，让学生得出控制菌种退化的措施。通过讨论得出结论：1.可通过控制温度，来降低微生物的代谢速率，从而降低其生长繁殖的速度。2.通过控制环境中的营养条件，降低其生长繁殖的速度。3.对于好氧型微生物，可以控制环境中的氧气浓度来控制生长繁殖的速度。第三章 发酵培养基的设计（4学时）本章的教学目标和基本要求掌握培养基的原材料、发酵过程促进剂、生长因子等基础知识，了解以烃代粮、以纤代糖作为发酵原料在发酵工业中的意义。本章的教学内容和学时分配第一节 发

13、酵培养基的基本要求（1学时）第二节 发酵培养基的成分及来源（2学时）第三节 发酵培养基的设计（1学时）本章教学内容的重点和难点1、发酵培养基概念、作用。2、天然培养基、合成培养基、半合成培养基的概念和三者的区别。3、前体物质的定义、作用和在发酵工业中的添加方式；一些常用的前体物质、促进剂和抑制剂。4、发酵培养基的设计和最优化。难点：发酵培养基的设计和最优化。 本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题本章主要通过多媒体教学，结合日常生活中宏观事物的例证来讲授课程。在教学过程中应注意的问题主要是：结合普通微生物学中的相关知识点，通过同学的讨论，使其他们自己得出发酵培养基的基本成分，同时让同学们

14、清楚：不同的微生物对于营养的需求是不同的，这点非常重要。 本章主要参考书目胡云松、王中彦.1987微生物与发酵工程M四川大学出版社第一节 发酵培养基的基本要求本次课的教学内容掌握发酵工业中对发酵培养基的基本要求。本次课的教学方式以课堂讲授为主。本次课的讲课提纲一、培养基的种类1.培养基的概念2.培养基的种类二、发酵培养基的基本要求本次课的师生活动设计 教师活动：要进行发酵生产，有了优良的菌种还需要有与菌种相适应的培养基。发酵培养即应该满足那些要求？ 学生活动：通过以人种（饮食习惯）、膳食平衡（偏食）、经济等方面引导学生对所题问题进行讨论，通过讨论得出以下结论：1.不同的菌种有不同的营养需求；2

15、.必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分；3.有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期；4.尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化；5.与阿廖价格低廉，质量稳定，取材容易；第二节 发酵培养基的成分及来源本次课的教学内容了解发酵培养基成分的来源及各成分对微生物的生理作用。掌握生理酸性物质、生理碱性物质、前体、生长因子的概念。本次课的教学方式以课堂讲授为主。本次课的讲课提纲一、碳源1.糖类2.油脂3.烃和醇类二、氮源1.有机氮源2.无机氮源生理酸性物质、生理碱性物质三、矿质元素四、水五、生长调节物质1.生长因子2.前体3.产物合成促进剂第三节 发酵培养基的设计本次课的教学内容了解发酵工业中发酵

16、培养基设计的基本步骤。本次课的授课方式以科研课题为例，通过多媒体讲授。本次课的授课大纲一、发酵培养基设计的原理二、发酵培养基设计的方法第四章 微生物发酵方式与发酵工艺本章的教学目标和基本要求 通过本章的学习了解发酵工业中的发酵工艺；发酵的工艺流程；了解发酵产物的分离提取方法等内容；掌握液体深层发酵的发酵模式及发酵过程中微生物的生长状态；重点掌握发酵过程中种子的扩大培养以及影响种子质量的各因素。本章的教学内容和学时分配第一节 微生物的发酵方式（1学时）第二节 工业微生物的发酵工艺（2学时）第三节 发酵产物的提取与精制（2学时）本章教学内容的重点和难点 重点内容主要是：种子扩大培养的目的、工艺过程

17、及控制；影响种子质量的主要因素。 难点内容主要是：如何让同学们理解在发酵的过程中要进行接种，以及“种子”的概念。本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题 本章主要通过多媒体教学，结合日常生活中宏观事物的例证来讲授课程。 在教学过程中应注意的问题主要是：在同学们理解菌株与菌种的区别之后再进行相关问题的讲解；同时尽量用通俗易懂的语言使刚刚接触微生物的同学们能够理解种子。本章主要参考书目肖冬光微生物工程原理北京：中国轻工业出版社，2004.曹军卫，马辉文微生物工程北京：科学出版社，2002.党建章发酵工艺教程北京：中国轻工业出版社，2003贺小贤. 生物工艺原理.北京：化学工业出版社. 2003

18、.储炬，李友荣. 现代工业发酵调控学.北京：化学工业出版社，2002.李艳. 发酵工业概论. 北京：中国轻工业出版社. 1999.熊宗贵发酵工艺原理北京：中国医药科技出版社，1995陈生明.2002微生物发酵工艺学M.北京：北京环境出版社本章复习题1.微生物发酵的方式？微生物液态深层发酵的方式？2.分批发酵、补料分批发酵、连续发酵的概念？3.种子、种子的扩大培养?4.影响种子质量的因素？5.发酵工业中如何通过种子的选择来缩短发酵周期?6.发酵产物分离提取的基本步骤？第一节 微生物的发酵工艺本次课的教学内容微生物的发酵工艺、液态深层发酵过程中微生物的生长状态；掌握液态深层发酵的方式及优缺点。本次

19、课的教学方式以课堂讲授为主本次课的讲课提纲一、微生物发酵方式1.根据发酵培养基的状态2.根据微生物对氧的需求3.根据发酵过程中是否有物料交换二、液态深层发酵（一）分批式发酵（二）连续式发酵（三）补料连续发酵本次课的师生活动设计教师活动：以出示微生物生长曲线的投影片为依托提出问题：作为发酵工业的主体，微生物无疑是至关重要的，工业发酵要想在较短的时间内得到大量的发酵产物，这无疑需要大量的菌体。如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？ 学生活动：积极的针对所提问题进行讨论，并给出相应的结论。通过讨论得出结论：只有选择迟滞期短，对数期的菌体细胞作为生产菌种。第二节 液态深层发酵工艺本次课的教

20、学内容液态深层发酵工艺的流程，重点内容是种子的扩大培养。本次课的教学方式以课堂讲授为主本次课的讲课提纲一、液体深层发酵工艺流程二、种子的培养（一）种子扩大培养的目的（二）种子扩大培养的流程（三）影响种子质量的因素本次课的师生活动设计 教师活动：在发酵工业中通常为了保证产品的产量、原料的利用率通常发酵培养都要进行灭菌处理，经过处理后得培养基是无菌的。那如何让无菌的培养环境中有某一种微生物存在，继而进行大量繁殖并形成大量的代谢产物呢？以植物的栽培为例，引出“种子”的概念。 学生活动：积极讨论，在发酵工业中“种子”是什么？它在发酵工业中起到什么作用。工业发酵要想在较短的时间内得到大量的发酵产物，这无

21、疑需要大量的菌体。如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？这就需要经过多次的扩大培养。提出问题：如何对菌种进行扩大培养呢？ 教师活动：出示细菌的生长曲线示意图，并依托曲线就所提问题组织学生讨论。通过讨论得出结论：扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。 教师活动：提出问题，扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢？ 通过讨论得出结论：扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进

22、行。而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精。第三节 发酵产物的提取与精制本次课的教学内容简单介绍发酵产物提取精制的方法。了解发酵醪的性质和菌体分离方法，发酵液预处理的目的和方法，发酵产物提取方法的选择。本次课的教学方式以自学为主，辅以适当的课堂讲授。本次课的讲课提纲一、提取精制的一般工艺流程二、发酵液的预处理三、固相与液相的分离四、细胞破碎技术五、浓缩技术六、粗分级七、细分级本次课的师生活动设计 教师活动：提导学生阅读课本中相关内容，再通过讨论使学生了解，发酵产物不同分离提纯的方法会有所不同，并总结出产物分离、提纯的一般方法。第五章 发酵过程的工艺控制本章的教学目标和基

23、本要求发酵过程的工艺控制是发酵工程中第二个核心内容，是直接决定着发酵的成败与否。通过本节的学习是学生掌握发酵过程中工艺控制的关键性因素（碳源、氮源、pH、温度、溶解氧、杂菌污染等），对发酵有何影响及如何进行控制。本章的教学内容和学时分配第一节 pH对发酵的影响及控制（1学时）第二节 温度对发酵的影响及控制（1学时）第三节 泡沫对发酵的影响及控制（1学时）第四节 基质对发酵的影响及控制（1学时）第五节 染菌对发酵的影响及控制（2学时）本章教学内容的重点和难点重点：整个一章都是重点。难点：杂菌污染对发酵的影响及控制。本章的师生活动设计提出问题：哪些条件能影响菌体的发酵呢？ 教师活动：让学生依据以前

24、所学知识就所提问题展开讨论，并引导学生通过讨论得出结论：发酵生产中温度、pH、溶氧量等对发酵过程有重大影响。提出问题：发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢？ 教师活动：出示影响谷氨酸代谢途径的因素表格，指导学生观察、分析，并组织学生就所提问题进行讨论。通过讨论使学生认识到：发酵过程中氧的溶量、pH、磷酸盐等都能影响谷氨酸代谢途径，从而影响代谢产物的合成。同时，随着代谢的进行，产热的增加、某营养物质的消耗，以及某些酸性和碱性物质的产生，会使温度、pH等发生变化，这些都会对微生物的生长造成不利影响。因此，需要对发酵过程的中温度、pH、溶氧量等发酵条件进行严格的控制，以保证菌体生长和代谢途径朝着有利人

25、类的方向进行。本章的教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题本章主要采用多媒体与板书相结合的方式进行授课。授课过程中应注意的问题主要是：pH、温度、溶氧、基质对发酵的影响较易理解，杂菌污染对发酵的影响相对较难，在授课的过程中注意用深入浅出的例子进行讲解，尽量结合生活中的事例进行。本章的主要参考书目肖冬光微生物工程原理北京：中国轻工业出版社，2004.曹军卫，马辉文微生物工程北京：科学出版社，2002.党建章发酵工艺教程北京：中国轻工业出版社，2003贺小贤. 生物工艺原理.北京：化学工业出版社. 2003.本章的复习题1.发酵过程中引起pH波动的原因是什么？对发酵有何影响？如何进行控制？2.发

26、酵过程中引起温度波动的原因是什么？对发酵有何影响？如何进行控制？3.发酵热、生物热的概念？4.什么是杂菌？5.发酵过程中造成杂菌污染的原因是什么？对发酵有何影响？如何进行控制？6.发酵过程中发现杂菌污染后，应如何处理？第一节 pH对发酵的影响及控制本次课教学内容发酵过程中pH波动的原因，对发酵的影响及如何进行控制。本次课教学方式本次课程主要以课堂讲授为主。本次课的授课大纲一、发酵过程中pH波动的原因二、pH的改变对发酵的影响三、pH的控制本次课师生活动设计 教师活动：出示影响谷氨酸代谢途径的因素表格，指导学生观察、分析，并组织学生就所提问题进行讨论。通过讨论使学生认识到：发酵过程中pH能影响谷

27、氨酸代谢途径，从而影响代谢产物的合成。同时，随着代谢的进行，某营养物质的消耗，以及某些酸性和碱性物质的产生， pH等发生变化，这些都会对微生物的生长造成不利影响。因此，需要对发酵过程的中pH等发酵条件进行严格的控制，以保证菌体生长和代谢途径朝着有利人类的方向进行。第二节 温度对发酵的影响及控制本次课教学内容发酵过程中温度波动的原因，对发酵的影响及如何进行控制。本次课教学方式本次课程主要以课堂讲授为主。本次课的授课大纲一、发酵过程中温度波动的原因二、温度的改变对发酵的影响三、温度的控制本次课师生活动设计 教师活动：出示影响谷氨酸代谢途径的因素表格，指导学生观察、分析，并组织学生就所提问题进行讨论

28、。通过讨论使学生认识到：发酵过程中温度能影响谷氨酸代谢途径，从而影响代谢产物的合成。同时，随着代谢的进行，某营养物质的消耗，产热的增加，会对微生物的生长造成不利影响。因此，需要对发酵过程的中温度等发酵条件进行严格的控制，以保证菌体生长和代谢途径朝着有利人类的方向进行。第三节 泡沫对发酵的影响及控制本次课教学内容发酵过程中泡沫产生的原因，对发酵的影响及如何进行控制。本次课教学方式本次课程主要以课堂讲授为主。本次课的授课大纲一、发酵过程中泡沫产生的原因二、泡沫的产生对发酵的影响三、泡沫的控制本次课师生活动设计 教师活动：出示影响谷氨酸代谢途径的因素表格，指导学生观察、分析，并组织学生就所提问题进行

29、讨论。通过讨论使学生认识到：发酵过程中泡沫的产生能影响谷氨酸代谢途径，从而影响代谢产物的合成。第四节 基质对发酵的影响及控制本次课教学内容发酵过程中基质浓度对发酵的影响及如何进行控制。本次课教学方式本次课程主要以课堂讲授为主。本次课的授课大纲一、发酵过程中基质浓度波动的原因二、基质浓度的改变对发酵的影响三、基质浓度的控制第五节 染菌对发酵的影响及控制本次课教学内容发酵过程中杂菌污染的原因，对发酵的影响及如何进行控制。本次课教学方式本次课程主要以课堂讲授为主。本次课的授课大纲一、染菌对发酵的影响二、发酵过程中染菌的原因三、染菌的防治本次课程的师生活动设计 教师活动：组织学生讨论，通过讨论使学生认

30、识到：在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。提出问题：那如何防止杂菌的污染呢？通过讨论得出结论：要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。第六章 工业微生物的生长及产物的生物合成本章的教学目标和基本要求通过本章的学习，了解并掌握微生物的生长与其产物形成之间的相互关系，并能够根据二者的关系解决发酵生产中的具体问题。 掌握微生物生物合成的主要调控机制，并能够运用此调控机制解决发酵工业

31、的具体问题。本章的教学内容和学时分配第一节 微生物的初级代谢与次级代谢（1学时）第二节 微生物代谢产物合成的主要调控机制（6学时）第三节 代谢控制发酵（2学时）本章教学内容的重点和难点本章教学内容的重点：第二节微生物生物合成的主要调控机制；本章教学内容的难点：第二节中酶的合成调节本章教学内容的深化和拓宽使学生能够运用代谢控制发酵的理论解决发酵工业的具体问题：选育细胞膜通透性突变株、抗反馈调节的突变株、营养缺陷型菌株。本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题教学方式：本章的教学内容相对比较抽象，在教学中拟采用理论、实例、实践相结合的方式进行教授。设疑引出新课题 前面的课程中提到发酵工业中菌种

32、选育是发酵工程的第一个核心内容。这主要是因为，微生物在长期的进化过程中形成了一套精密的调控系统，这套调控系统的存在使得微生物在代谢过程中，能够及时的根据所处环境中各种营养物质浓度的变化及时的调整代谢反应的速率、代谢反应的方向，从而最大限度的利用环境中的营养物即所谓“拿来主义”。这就是我们今天要讨论的主题：微生物产物合成的调控机制。教学过程中应注意的问题：在具体讲授此节课程前需要学生与先复习食品生物技术课程中讲授的关于微生物遗传的相关问题。本章主要参考书目1.张克旭、陈宁、张蓓、赵桂仙. 1998.代谢控制发酵M.中国轻工业出版社，2.储炬、李友荣. 2002.现代工业发酵调控学M. 北京：化学

33、工业出版社3.李艳. 发酵工业概论. 北京：中国轻工业出版社. 1999.4.熊宗贵发酵工艺原理北京：中国医药科技出版社，1995本章复习题1.何为发酵、发酵工程？2.发酵工程分几大部分主要内容包括那些？3.何为繁殖？生长与繁殖的区别是什么？4.何为微生物的生长曲线？分几个时期？各有什么特点？5.在发酵工业中多采用那个生长时期的细胞接种？为什么？6.何为微生物的初级代谢、次级代谢？二者的关系是什么？7.何为酶的活性调节，他包括那几种方式？8.酶活性调节的机理是什么?9.何为酶的合成调节？他包括那几种调节方式？各自的遗传学机理是什么？10.何为操纵子？操纵子学说的主要内容是什么？11.何为代谢控

34、制发酵？12.代谢控制发酵的主要思路是什么？13.如何筛选抗结构类似物的生产菌株？14.为什么要选育抗结构类似物菌株？第一节 微生物的初级代谢与次级代谢（1学时）本次课教学内容微生物机体代谢之初级代谢、次级代谢。本次课的教学方式本次课主要以课堂讲授为主。本次课的讲课提纲一、初级代谢与次级代谢的含义二、微生物初级代谢与次级代谢的关系本次课师生活动设计教师活动：出示微生物对于糖、蛋白质等的代谢示意图，简要地说明微生物代谢为什么能够通过对糖、蛋白质、脂肪等物质的代谢形成细胞的结构物质呢？从而引出初级代谢与次级代谢的概念。提出问题：以此为依托让学生讨论在发酵工业中如何使发酵产物大量积累。教师活动：出示

35、糖酵解途径和青霉素合成的投影片，并作简单的讲解，同时引入初级代谢和次级代谢的相关内容；提出问题：根据上述的实例，总结初级代谢与次级代谢的区别于联系。本次课的作业 在复习本次课所讲授的内容的基础上，预习酶的合成调节（请同学们阅读关于基因表达的相关书籍）第二节微生物产物合成的主要调控机制（6学时）本次课教学内容初级代谢、次级代谢、酶的活性调解本次课的教学方式本次课主要以课堂讲授为主。本次课的讲课提纲一、初级代谢产物生物合成中的主要调控机制（一）酶的活性调节1.酶活性调节的含义2.酶活性调节的方式 酶的活性激活和酶的活性抑制（单价终产物抑制、协同反馈抑制、累积反馈抑制、增效反馈抑制、顺序反馈抑制、同

36、功酶反馈抑制）本次课师生活动设计教师活动：出示大肠杆菌发酵生产赖氨酸的代谢示意图，简要地说明微生物代谢形成产物的情况；同时以分支河流水量的分配引入微生物初级代谢产物合成的主要调控机制；提出问题：以此为依托让学生讨论在发酵工业中如何是发酵产物大量积累。教师活动：出示糖酵解途径和青霉素合成的投影片，并作简单的讲解，同时引入初级代谢和次级代谢的相关内容；提出问题：根据上述的实例，总结初级代谢与次级代谢的区别于联系。本次课的作业 在复习本次课所讲授的内容的基础上，预习酶的合成调节（请同学们阅读关于基因表达的相关书籍）本次课教学内容酶活性调解的机理、酶的合成调节本次课的教学方式本次课主要以课堂讲授为主。

37、本次课的讲课提纲3.酶活性调节的机理（二）酶的合成调节1.酶的合成调节的含义2.酶的合成调节的方式本次课教学内容操纵子、操纵子学说、酶合成调解的机理本次课的教学方式本次课主要以课堂讲授为主。本次课的讲课提纲3.酶合成调节的遗传学机理操纵子和操纵子学说酶诱导调节的遗传学机制终产物反馈阻遏调节的遗传学机制 分解代谢产物阻遏调节的遗传学机制本次课师生活动设计教师活动：出示乳糖操纵子的投影片，并作详细地讲解，以此为依托提出问题。学生活动：结合上述内容，请学生讨论为什么有些人喝牛奶后会出现腹泻的症状（即乳糖不耐症），而当少量多次的饮用后改症状会缓解并消除。教师活动：出示大肠杆菌在有葡萄糖和乳糖同时存在时

38、的二次生长曲线的投影片，以此为依托提出问题。学生活动：结合上述内容，请学生讨论出现这种现象的原因，同时引入酶分解代谢产物阻遏调节的遗传学机制。本次课教学内容简单介绍微生物次级代谢的调控机制，重点讲解代谢调控理论在实践中应用的实例。本次课的教学方式本次课以课堂讲授与试验课相结合的方式进行。本次课的讲课提纲三、微生物次级代谢产物生物合成中的主要调控机制1.酶合成的诱导调节2.酶活性的反馈调节（次级代谢产物的自身反馈抑制、前体物质的自身反馈抑制、支路产物的反馈抑制）3.磷酸盐的调节4.碳分解代谢产物的调节5.氮分解代谢产物的调节第三节 代谢控制发酵理论本次课教学内容主要内容是代谢控制发酵的基本思路及

39、其在发酵工业中的应用。本次课的教学方式本次课以课堂讲授与试验课相结合的方式进行。本次课的讲课提纲一、代谢控制发酵的含义二、代谢控制发酵的基本思路三、代谢控制发酵理论在实践中的应用本次课师生活动设计教师活动：出示大肠杆菌发酵生产赖氨酸的代谢示意图，同时以分支河流为例引导学生对发酵工业的相关问题进行深入探讨。学生活动：通过讨论请学生们归纳发酵工业中应注意的关键性问题。教师活动：仍以上面的投影片为例，提出问题：在发酵工业中通过控制代谢来获得高产菌株的途径有哪些？赖氨酸天冬氨酸 Asp高丝氨酸 Hom苏氨酸 甲硫氨酸 学生活动：以分支河流为例引导学生通过讨论理清代谢控制发酵基本思路本次课的作业赖氨酸（

40、lys）的生物合成如右图所示，在工业生产中若想使lys大量积累，必须解除代谢过程中的反馈抑制和阻遏作用，使用所学知识设计出一个赖氨酸高产菌株的选育方法，并写出相应的原理？ 第七章 工业微生物的基础物质代谢与发酵机制本章的教学目标和基本要求通过本章的学习，使学生了解和掌握工业微生物对糖、脂、烃、氮等的代谢方式；并掌握糖代谢、脂代谢和蛋白质代谢之间的相互关系。了解酵母菌的一型、二型和三型发酵及乳酸发酵类型。本章的教学内容和学时分配第一节 工业微生物的基础物质代谢（2学时）第二节 糖代谢的发酵机制（2学时）本章教学内容的重点和难点本章的重点是，第一节工业微生物的基础物质代谢。本章教学方式（手段）及教

41、学过程中应注意的问题本章的教学方式，主要采用课堂讲授与学生自学相结合的方式进行。教学过程中应注意的问题，微生物的代谢方式是非常复杂的，但无论是蛋白质代谢、脂肪代谢、烃代谢等物质代谢都是以糖代谢为基础，要想更好的使学生掌握微生物的代谢方式，要求学生必须掌握糖代谢的相关循环方式及相互关系。本章的主要参考书生物化学沈同、王镜岩主编，高等教育出版社.微生物生理学李季伦主编，中国农业大学出版社.本章复习题1.何为EMP 、TCA循环？对微生物有何生理意义？2.微生物的糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢之间的相互关系是什么？3.酵母菌酒精发酵的机制是什么？4.在酵母菌的二型发酵中为什么亚硫酸钠的添加量应控制在亚适

42、量？5.微生物烃类代谢的方式有哪些？6.什么是辅氧化作用？第一节 工业微生物的基础物质代谢（2学时）本次课教学内容糖（EMP途径、TCA循环、DCA循环、HMP途经）、脂、烃（末端、两末端、次末端、辅氧化作用）、氮等的代谢方式本次课的教学方式本次课以课堂讲授为主。本次课的讲课提纲一、糖代谢1.EMP途径2.TCA循环3.DCA循环4.HMP途经二、脂肪代谢（一）脂肪、脂肪酸的降解1.甘油的降解2.脂肪酸的降解（二）脂肪、脂肪酸的合成三、糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢的关系四、烃类代谢（一）链烃代谢1.饱和链烃（正烷烃、异构烷烃）2.不饱和链烃（二）环烃代谢1.脂环烃2.芳香烃（苯、萘、蒽和菲）五、

43、氮、硫代谢本次课师生活动设计教师活动：出示EMP途径、TCA循环、脂代谢、蛋白质代谢的投影片，并作必要地讲解，以此为依托请同学们总结出糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢的关系，以及他们在微生物生长繁殖中的作用。第二节 糖代谢的发酵机制（2学时）本次课的教学内容酒精发酵、甘油发酵、乳酸发酵。本次课的教学方式本次课以课堂讲授为主。本次课的讲课大纲 一、酵母菌的发酵类型1.酵母菌的酒精发酵2.酵母菌的二型发酵3.酵母菌的三型发酵二、乳酸的发酵类型1.同型乳酸发酵2.异型乳酸发酵3.两歧双歧乳酸发酵本次课的作业复习本节所讲的内容，同时预习食品生物技术课程中所讲的关于基因工程的相关章节。第八章 现代生物技术在发

44、酵工业中的应用本章的教学目标和基本要求通过本章的学习，使学生了解现代生物技术在发酵工业中的应用及与生物工程中其他三个方面间的联系；同时掌握工程菌构建的过程，了解工程菌发酵的方式及相关的安全性问题。本章主要教学内容及学时分配第一节 现代生物技术概述（1学时）第二节 工程菌的构建（4学时）第三节 基因工程菌的发酵生产（2学时）第四节 聚合酶链式反应（PCR）技术（2学时）本章教学内容的重点和难点本章教学内容的重点，第一节基因工程菌的构建和第四节聚合酶链式反应技术；本章教学内容的难点，第一节中基因工程菌构建中载体、限制性内切酶、重组体的筛选及第四节中PCR技术的原理。本章教学方式（手段）及教学过程中

45、应注意的问题本章的教学方式，主要采用多媒体教学。本章的主要参考书生物技术概论 宋思扬、楼士林 科学出版社.基因工程原理与方法 王晓宇 河南科技出版社.基因工程技术 冯斌 化工出版社.基因克隆的分子基础及工程原理 屈伸、刘志国 化工出版社.本章主要复习题1.何为基因工程菌？2.何为质粒？质粒的特点是什么？3.作为基因工程中载体的质粒有何特点？4.什么是基因工程载体？5.何谓限制性内切酶？有何作用特点？影响其活性的因素是什么？6.基因工程菌构建的步骤？7.重组体筛选的方法有哪些？8.何为插入失活？9.何谓菌落原位杂交？10. -半乳糖苷酶筛选方法的条件是什么？原理是什么？11.何为聚合酶链式反应？

46、12.聚合酶链式反应原理是什么？13.聚合酶链式反应体系有哪几部分组成？14.引物设计的原则是什么？15.何为引物？第一节 现代生物技术概述本次课教学内容基因、基因工程本次课的教学方式本次课以课堂讲授为主，采用多媒体教学。本次课的讲课大纲一、基因及基因工程的概述二、基因工程的研究内容三、基因工程的安全性问题第二节 工程菌的构建本次课教学内容基因工程菌构建中的载体、载体的特点、工具酶（作用特点、作用条件、影响因素）。本次课的教学方式本次课以课堂讲授为主，采用多媒体教学。本次课的讲课大纲一、 基因克隆的载体1.载体的含义2.载体的特点3.载体的种类（质粒、噬菌体、酵母载体等）二、工具酶1.限制性内切酶（含义、